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【摘要】 核因子kappa B(NF-κB)是近年来研究极为广泛的核内转录调控因子，在细胞炎性反应、免疫反应以及细胞凋亡等过程中起着举足轻重的作用。NF-κB参与多种细胞因子及急性期反应蛋白转录活性的调控，在免疫和炎性疾病的启动中起重要作用。NF-κB在肝细胞有广泛的表达，调控的基因可编码多种细胞因子的转录，从基因水平参与肝组织炎症反应。笔者就近年来的研究对NF-κB生物学特性作一回顾，并对NF-κB的信号转导途径、其与肝组织炎症的关系、现有抑制NF-κB激活的药物和措施等作一综述。
【关键词】 核因子κB;肝脏;内毒素;炎性反应
Nuclear factor kappa B(NF-κB), an important transcription factor,has always been the focus for these years.It plays a pivotal role in inflammatory responses,immune reaction and cell apoptosis. As a proinflammatory transcription factor，NF-κB may trigger upregulation of cytokines and adhesion molecules，thereby initiating inflammatory responses.In addition to the roles on controllinggenes, NF-κB also has been suggested to play an essential role during the acute phase of liver injury.This review presents the recent research progression of NF-κB structure and function,furthermore,inhibitor and cotranscription factors of NF-κB together with the interaction between NF-κB. Study of NF-κB will be good for investigating the mechanism of inflammation and finding an effective means to protect liver.
[Key words] NF-κB;liver;endotoxin; inflammatory reaction
核因子kappa B(nuclear factor kappa B，NF-κB)是1986年由Sen和Baltimore 发现的，当时被认为是小鼠B淋巴细胞内的一个能与免疫球蛋白κ轻链增强子B位点特异结合的核蛋白因子，而该增强子调控Ig kappa轻链基因表达[1]。由于它具有明显的B细胞特异性，当时被认为是一种组织特异性的转录因子。实验还证明NF-κB是kappa轻链增强子活性维持的必需因子。现在，多数学者认为它是广泛存在于各种类型细胞中的核转录因子。作为一种快反应转录因子，NF-κB通过参与多种细胞因子、趋化因子、生长因子、粘附因子、氧化应激相关酶等基因的表达，在免疫和炎症反应、细胞凋亡、肿瘤生长、细胞分化、应激反应中发挥着重要作用。
1 NF-κB的分子生物学特性及信号转导途径
1.1 NF-κB/Rel家族 NF-κB是一种具有转录激活功能的蛋白质，是真核细胞转录因子Rel蛋白家族的成员，包括5种:Rel-A(p65)、RelB、C-Rel、NF-κB1 (p105/p50)和NF-κB2 (p100/p52),它们具有高度的同源性，编码的蛋白与抑制因子IκB结合并相互作用。Rel 家族的许多成员都可与其他Rel 蛋白聚合成同型二聚体或异型二聚体，以形成具有序列特异性的DNA 诱导活性核因子以调节不同靶基因的转录。虽然不是所有的组合都能形成，而且不是所有组合都具有生理相关性，但还是发现了一些具有转录活性的kappa B二聚体，它们是relB/P50、relB/P52、P65/P50、P65/P65 和P65/c-Rel，另有可能包括P50/P50[2,3]。NF-κB二聚体的组成决定了其位点识别的特异性，即决定它与不同DNA序列结合的能力。通常所指的NF-κB 是由p65和p50组成的异源二聚体(p65/p50)，它是NF-κB/Rel家族成员所形成的二聚体中最常见的一种，也是含量最丰富的一种，几乎存在于所有细胞中。
NF-κB/Rel家族成员肽链N末端均含一段由约300个氨基酸残基组成的高度保守的Rel同源域(Rel-homology domain,RHD),其中含DNA结合功能域、二聚体化功能域及核定位信号(nuclear localization signal,NLS)，分别具有与DNA序列上的κB基序(κB motif)结合、与同源或异源亚基形成二聚体、与NF-κB抑制蛋白(inhibitor-κbinding，IκB)家族成员结合的功能。而其羧基末端(C端)有显著的差异，据此可将Rel蛋白质分为两类：一类含有锚蛋白(ankyrin)重复序列，如P105和P100;另一类含有反式激活(transactivation，TA)功能域，如RelA、RelB 和C-Rel。
1.2 I-κB家族 众所周知，相对分子质量为60 000～70 000的抑制因子IκB(inhibitor κB, IκB)在静息细胞内通过非共价键以非活性形式特异地与NF-κB 结合形成一个三聚体。目前已发现的IκB 有IκBα/MAD-3、IκBβ、P105/IκB-γ、P100/IκB-δ、IκB-ε、Bcl-3六种。现在公认IκBs的共同特点是N端为信号反应区，C端均含3～8个保守的锚蛋白重复域(ankyrin repeat domain,ARD)，这是IκB与NF-κB/Rel家族成员RHD结合的结构基础[4]。IκB遮蔽着NF-κB的基因定位序列，阻止NF-κB二聚体进入细胞核内与DNA结合。
1.3 针对NF-κB的调控
1.3.1 NF-κB的激活因子 许多因素均有诱导NF-κB核移位和活化的作用，包括前炎性细胞因子(如TNF-α、IL-1等)、氧化剂、蛋白激酶C激动剂(如佛波醇酯)和血小板活化因子、免疫刺激剂(如植物凝集素)、病毒及其代谢产物、脂多糖(lipopolysaccharide,LPS)、紫外线等。NF-κB一旦活化，即启动许多基因的转录，包括：(1)促炎因子：TNF-α、白介素(IL-1等);(2)趋化因子：IL-8、巨噬细胞炎症蛋白-1、2(MIP-1、MIP-2)和巨噬细胞趋化蛋白-1(MCP-1);(3)粘附分子：细胞间粘附分子-1(ICAM-1)、血管间粘附分子-1(VCAM-1)和E-选择素;(4)炎性酶：诱导型一氧化氮合酶、诱导型环氧化酶-2和磷脂酶A2;(5)集落刺激因子(粒细胞-CSF、粒、单核细胞-CSF)。因此，NF-κB是多种促炎症基因高度转录的必需因子[5],其在调控促炎症基因的合成和释放中起决定性作用。反过来,由NF-κB调节的产物,如TNF-α和IL-1β又能激活NF-κB,这意味着存在一个能放大且延续炎症反应的复杂的调节环路。NF-κB并不是调节这些炎症和免疫基因的唯一转录因子,但它与其他转录因子如活化蛋白-1(activator protein-1,AP-1)共同起着中心调节作用。因此，急性炎症反应时NF-κB的活化作为机体的应激反应对于防御外界的刺激如细菌感染是必需的，然而NF-κB 的不适当激活又会导致炎症反应的过度放大，损害组织器官。
1.3.2 NF-κB的下调及灭活 大量入核的IκB在核内积聚,并通过与NF-κB的重新结合而抑制NF-κB与DNA的相互作用。NF-κB与IκB相互作用的位点范围非常广泛,其中NF-κB的二聚化结构域是IκBα的主要识别位点。NF-κB/IκB复合物在核转出信号(nuclear export signal,NES)[6]的介导下经核孔复合物(nuclear pore complex,NPC)从胞核转运回胞质。另外，在肝细胞中，NF-κB活性的下调可能还有一个重要方式：在核蛋白酶体的作用下，NF-κB被ATP依赖性蛋白酶部分水解，由p50/p65二聚体降解为p50/p35二聚体，这种新合成的二聚体虽然仍具有结合κB序列的能力，但其转录活性已经显著降低，从而使NF-κB信号转导通路介导的生物学效应显著地降低[7]。
2 内毒素导致肝损伤的机制
内毒素是革兰阴性细菌细胞壁外膜中的脂多糖成分，由核心寡聚糖、O-特异性多糖与类脂A组成，类脂A为LPS的毒力中心。内毒素所致的肝细胞损伤主要是通过激活Kupffer细胞引发的。Kupffer细胞是肝内定居的巨噬细胞，作为局部和全身炎症反应的重要效应细胞，在肝脏的早期损害中发挥着关键性作用。一方面Kupffer细胞具有清除LPS的功能，另一方面大量内毒素可引起Kupffer细胞过度活化，导致大量炎症介质和细胞因子的合成及释放，从而介导并加剧肝损害。
3 NF-κB与内毒素致肝损伤的关系
3.1 NF-κB 在肝中的作用 NF-κB广泛存在于肝组织的多种细胞中，在肝实质细胞、内皮细胞、胆管上皮细胞和枯否细胞中均可检测到它的活性。在急慢性肝损伤中，乙醇、CCl4及(或)其代谢产物等肝细胞损伤因子可导致肝细胞损伤，肝脏KC活化，释放大量活性氧，诱导NF-κB的活化，NF-κB细胞核内移位，启动炎症因子的基因转录，进一步使炎症介质信号放大，故NF-κB可作为抗肝脏炎症反应的重要靶位。Hellerbrand等[8]通过对体外肝星状细胞(HSC)培养进行研究发现NF-κB DNA结合活性在活化的HSC中升高。研究显示，部分肝切除和TNF-α均能增强肝实质细胞NF-κB的DNA结合活性，在胚胎发生过程中NF-κB基因敲除会导致胚胎肝细胞广泛的凋亡。
3.2 NF-κB 参与肝脏炎症反应 NF-κB作为炎症反应的转录因子,其活性的不适当或过度增强可引起如SIRS、败血症休克、急性呼吸窘迫综合征、局部缺血和再灌注损伤等许多与炎症相关的疾病。在对肝脏炎症损伤的研究中发现，NF-κB调控的基因产物参与了肝脏炎症、肝纤维化、肝细胞再生和凋亡等病理生理过程，尤其是在肝脏炎症的发生发展过程中，NF-κB的活性显著增强。在炎症反应中,NF-κB是一个快速反应的转录因子, 调控的基因可以编码多种细胞因子(如TNF-α，β),而NF-κB通过调控它们的转录过程，直接参与肝脏的急性和慢性炎症。有研究证实[9]，脓毒症患者NF-κB活性增高，且临床表现的严重程度及病死率与核内NF-κB水平有很大相关性。抑制NF-κB活性可减缓急性炎症过程的进展，改善预后。Altavilla等[10]的一项研究表明,在低血容量休克中,炎症导致最终致命结果的“扳机点”是NF-κB的早期活化。Paterson等[11]比较了完全符合SIRS标准的患者与健康志愿者0、24h、48h和72h NF-κB的活性,发现SIRS患者外周血中性粒细胞和单核细胞NF-κB的活性显著高于健康志愿者,IL-6、IL-8和sICAM-1也明显增高,而且败血症患者单核、中性粒细胞的NF-κB活性与其病死率有相关性,提示NF-κB活性在炎症早期尚未达到SIRS临床诊断标准时就已明显升高,因此有可能作为SIRS和败血症的早期实验室诊断指标,并可提示患者的预后。
4 NF-κB拮抗措施在治疗肝脏炎症方面的应用
NF-κB是核内炎性递质基因转录的开关，通过阻断NF-κB的激活，可对细胞因子的释放进行宏观调控。故以干预NF-κB激活途径、减少炎症介质的生成为目标的治疗策略,可减轻机体的组织损伤和器官功能紊乱。由于活性氧被认为是引起NF-κB激活的重要中介分子,所以抗氧化剂被作为NF-κB抑制剂而得到深入的研究。在大鼠内毒素模型中,抗氧化剂N-乙酰半胱氨酸(N-acetylcysteine,NAC)及吡咯烷二硫代氨基甲酸盐(pyrrolidine dithiocarbamate,PDTC)均具有拮抗NF-κB的作用,从而减轻SIRS的炎症过程。NAC可阻断NF-κB的P50、P65亚基向细胞核转移, PDTC可抑制IκB从NF-κB二聚体上解离出来,从而分别发挥抗NF-κB的作用[12]。其他抗氧化剂,如维生素E衍生物、硒蛋白、抗坏血酸、二甲基硫氧化物和S-丙烯基半胱氨酸等也能抑制NF-κB的活化[13]。非甾体类抗炎药(non - steroidal anti-inflammatory drugs,NSAIDs)是目前广泛应用的治疗各种炎症和疼痛的药物,有研究表明NSAIDs中的水杨酸盐和阿司匹林可通过阻止IκBα磷酸化及蛋白水解抑制NF-κB的活化,并有明显的剂量依赖性，其他NSAIDs,包括布洛芬、R-和S-型氟比洛芬,以及舒林酸等也可抑制NF-κB活化。糖皮质激素也是治疗与免疫和炎症反应有关的相关疾病的手段之一，但因其副作用过多大大限制了其应用。其他内源性抑制物,如抗炎细胞因子IL-4和IL-10可以抑制NF-κB的活性。另外，目前基因反义技术与圈套技术(decoy)也因直接着眼于基因调控，在多项研究中观察到了较好的治疗效果。
5 展望
活化的NF-κB在内毒素血症信号转导通路中处于枢纽位置。NF-κB的激活促进大量炎症介质释放，后者反过来又促使NF-κB 进一步活化，如此恶性循环势必加重肝脏炎症反应。另有研究证实，NF-κB 通过上调抗凋亡基因转录等机制拮抗细胞凋亡，减轻肝脏的炎症反应。因此，NF-κB 具有多向调节作用。越来越多的事实证明,NF-κB在全身炎症反应综合征(systemic inflammatory response syndrome,SIRS)、多器官功能障碍综合征(multiple organ dysfunction syndrome,MODS) 等疾病的病理生物学过程中有着重要作用。作为一种重要的转录因子复合物，其参与的炎症反应是机体进行正常防御和修复的重要机制。因此，从理论上运用各种手段在危重病早期对NF-κB水平进行监测,并对产生炎性因子的总体环节进行控制均可对相关疾病达到一定的治疗效果，但NF-κB可能只是其中的一个重要因素。随着研究的深入，NF-κB的相关作用将更全面而深入地展现在我们面前，如何根据其作用的特点调控其表达，从而预防内毒素血症休克的发生仍有待研究。
【参考文献】
1 Sen R,Baltimore D.Inducibi1ity of kappa immunoglobulin enhancer-binding proteinNf-kappa B by a posttranslational mechanism.Cell, 1986,47(6):921-928.
2 Chabot-Fletcher M.A role for transcription factor NF-kappa B in inflammation.Inflamm Res,1997,46(1):1-2.
3 Sha WC,Liou HC,Tuomanen EI,et al.Targeted disruption of the p50 subunit of NF-kappa B leads to multifocal defects in immune response. Cell,1995, 80(2):321-330.
4 Hoffmann A,Levchenko A,Scott ML,et al.The IkappaB-NF-kappaB signaling module:temporal control and se1ectivegene activation.Science,2002,298(5596):1241-1245.
5 Christman JW,Sadikot RT,Blackwell TS.The role of nuclear factor-kappa B in pulmonary diseases.Chest,2000,117(5):1482-1487.
6 Gorlich D,Kutay U.Transport between the cell nucleus and the cytoplasm.Annu Rev Cell Dev Biol,1999,15:607.
7 Taub R.Liver regeneration:transcriptional control of liver regeneration.FASEB J,1996,10(4):413-427.
8 Hellerbrand C,Jobin C,Iimuro Y,et al.Inhibition of NFkappaB in activated rat heptic stellate cells by proteasome inhibitors and an IkappaB super-repressor. Hepatology,1998,27(5):1285-1295.
9 Hilliard B,Samoilova EB,Liu TS,et al.Experimental autoimmune encephalomyelitis in NF-kappaB-deficient mice:roles of NF-kappa B in the activation and differentiation of autoreactive T cells.J Immunol,1999,163(5):2937-2943.
10 Altavilla D,Saitta A,Guarini S,et al.Nuclear factor- kappaB as a target of cyclosporin in acute hypovolemic hemorrhagic shock.Cardiovasc Res,2001,52(1):143-152.
11 Paterson RL,Galley HF,Dhillon JK,et al.Increased nuclear factor kappa B activation in critically ill patients who die.Crit Care Med,2000,28(4):1047-1051.
12 Renierg,Desfaits AC,Serri O.Effect ofgliclazide on monocyte-endothelium interactions in diabetes.J Diabetes Complications,2000,14(4):215-223.
13 Christman JW,Lancaster LH,Blackwell TS.Nuclear factor kappa B:a pivotal role in the systemic inflammatory response syndrome and new target for therapy.Intensive Care Med,1998,24(11): 1131 -1138.